煤矿开采机械设备参数设计及优化分析于福田

煤矿开采机械设备参数设计及优化分析于福田

于福田

山东矿机集团股份有限公司山东潍坊262400

摘要：机械设备在煤矿开采过程中占据着非常重要的地位。机械设备性能与质量的高低直接关系着煤矿开采的安全与效率。在现代化社会中信息技术与自动化技术得到普及与发展，煤矿开采工作对机械设备运行的稳定性与安全性要求也越来越高。要改善煤矿开采机械设备运行状态，可以从定期开展设备维护保养工作，优化设计当前设备参数，改善设备设计理念人手。其中，煤矿开采机械设备参数设计可以起到十分关键的作用。

关键词：煤矿开采；机械设备；参数设计；优化分析

1煤矿开采机械设备概要

在采煤作业中，包含多种开采设备，主要包括电牵引采煤机、液压支架、刮板输送机等设备。液压支架主要在采煤工作面对矿山压力进行控制，以维护采煤工作的安全性，在多种复杂的采煤环境中都能起到较好作用，适应性较强。我国的电牵引采煤机有了较大发展，相应的电牵引采煤技术也有了较大进步，大都实现了采煤机的无线作业，在采煤工作中具有一定的稳定性和可靠性。刮板输送机主要对煤炭和物料进行运输，只有当刮板输送机稳定运作时，才能确保采煤工作面的正常工作。

2煤矿开采机械设备参数设计流程分析

一般在对煤矿开采机械设备参数进行设计时，相应的流程主要为参数计算、参数初选、参数校核，之后便可获取相应的设计参数。参数的设计计算包含多方面，主要包括强度计算、稳定性计算、刚度计算，只有做好相应的参数计算工作，才能对机械设备设计的可靠性进行有效验证，这也是确保采煤工作顺利开展的基础条件。在设计过程中，相应的设计依据主要为设计手册、实践经验以及相关图表，计算出设备参数的取值范围，结合工程实际确定参数的初选值，之后再对最终的参数值进行设计。在对各项参数值进行校验时，若不符合设计条件，则需重新进行选择；若符合相应设计条件，即可用于相应的设计方案，之后再对各元件的参数进行校验，合格即可。从整个设计流程可看出，这种设计方式虽然能够对各项参数进行校验，但是缺乏参数的优化选项，整体而言依旧存在一定缺陷。因此，为了更好提高煤矿开采机械设备的质量，需对各项设计进行优化，以满足采煤作业的需求。

在对相关参数进行设计时，需要反复进行校核，所以为了提高设计效率和准确性，可对计算机自动处理方式进行应用，设计人员需设计好参数的结束条件，之后再结合相关参数输入相应的计算机系统中，便可通过计算机形成相应的最优参数设计方案。参数设计流程中需具有一定的结束条件，这对参数的精确度和优化效果有着较大影响，所以技术人员需设计好相应的结束条件，主要包括优化次数的指定、优化时间的指定、优化直至收敛等结束条件。

3关键技术实现

由于该方法处理数据过程为反复处理，为了推动掘进机参数设计优化在实际中的应用，文中采用计算机自动处理方式运行上述流程。操作人员只需输入指定机械优化设计的结束条件和主要参数，计算机程序便可对数据进行优化并生成最优参数设计报告。

3.1指定优化结束条件

机械设计参数优化结束条件直接影响优化时间长短和计算精确度。为了增加掘进机参数优化设计灵活性，方便操作人员使用，文中提供了优化直至收敛、指定优化次数以及指定优化时间3种优化结束条件，具体的掘进机参数优化约束条件可根据需要选取。通过实际操作可知，采用指定优化次数和指定优化时间两个结束条件得到实际最优参数记录的可能性不大，而采用优化直至收敛的结束条件一定能得到最优参数记录。

3.2掘进机设计参数初选

传统的掘进机设计参数初选规范化程度低，对设计人员的经验程度具有很大的依赖性。采用掘进机实例推理手段来提高初选的自动化程度。首先，建立掘进机产品知识库和实例库；其次，按照上述两个数据库建立机械设计参数初选推理机制；最后，通过相关计算机程序模块将推理机制集成并进行初选。

3.3缩小优化参数取值范围

缩小掘进机优化参数取值范围过程中采用了中间值试探法。首先，按照掘进机参数优化取值范围求解中间值。按照机械设计常规方法对求解的中间值进行参数优化校验。

3.4优化参数的分类与离散

将优化参数分为区间型参数和枚举型参数两种，能够提高分析效率、缩短优化设计时间，同时便于离散规则的总结。区间型参数是指不便于一一列举的、取值范围大的优化设计参数，如掘进机液压回路尺寸、传动部件等.；枚举型参数是指便于逐一列举且取值范围小的优化设计参数，如掘进机履带、截割头等。为了便于实际的掘进机设计，将取值个数大于5的定义为区间型参数，将小于5的优化参数定义为枚举型参数。离散分析过程中，将区间型参数离散成取值范围最大值、中间值以及最小值3个设计参数值，并将枚举型参数逐一列举。以掘进机设计参数B2为例，首先将离散后的优化参数值存储在定义的数组B2num，B2interval，B2min，B2max中。定义变量B2分别用来存储掘进机优化参数的可能取值个数、取值间距、最小值以及最大值；其次，编写计算机程序完成机械设计优化参数的自动离散。

3.5生成系列参数记录

在参数表中的对应字段应用多层循环存储掘进机设计参数的所有组合情况。优化参数数据分别为参数名、字段名以及数组名。

3.6提高优化设计效率

掘进机优化设计效率受到了系列参数记录数量的直接影响。为了保证优化结果精确度、提高优化效率、缩短设计时间需减少系列参数记录数量。具体原则为：将整个掘进机优化设计过程分解成若干个相互独立单元，对每个单元进行优化。利用中间值方法先对优化参数进行试探以缩小取值范围，然后再进行离散。尽量采用区间型参数，并分成3个设计参数值。

结束语

以往在对煤矿开采机械设备参数进行设计时，大都依据经验或设计手册，没有对实际采煤过程进行深入考虑，在这种情况下，相应的数据参数难以满足实际采煤需求。因此，设计人员必须对实际情况进行合理分析，对设计流程进行优化，准确设计各项设备参数，并做好相应的试验工作，反复进行校核，确保合格后才可投入使用，以更好提高采煤设备的质量，为采煤工作的顺利开展准备条件。

参考文献：

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